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oxidasa alternativa

La oxidasa alternativa se muestra como parte de la cadena completa de transporte de electrones . UQ es ubiquinol/ubiquinona , C es citocromo c y AOX es la oxidasa alternativa. L...

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La oxidasa alternativa se muestra como parte de la cadena completa de transporte de electrones . UQ es ubiquinol/ubiquinona , C es citocromo c y AOX es la oxidasa alternativa.

La oxidasa alternativa ( AOX ) es una enzima que forma parte de la cadena de transporte de electrones en las mitocondrias de ciertos organismos. [ 1 ] [ 2 ] También se han identificado proteínas homólogas a la oxidasa mitocondrial y a la oxidasa terminal de los plastidios relacionada en genomas bacterianos . [ 3 ] [ 4 ]

La oxidasa proporciona una ruta alternativa para que los electrones que pasan por la cadena de transporte de electrones reduzcan el oxígeno. Sin embargo, dado que en esta vía alternativa se omiten varios pasos de bombeo de protones , la activación de la oxidasa reduce la generación de ATP. Esta enzima se identificó inicialmente como una vía de oxidasa distinta de la citocromo c oxidasa, ya que la oxidasa alternativa es resistente a la inhibición por el veneno cianuro . [ 5 ]

Función

El fungicida azoxistrobina.

Esta vía metabólica que conduce a la oxidasa alternativa diverge de la cadena de transporte de electrones acoplada al citocromo en el pool de ubiquinona . [ 6 ] La respiración de la vía alternativa solo produce translocación de protones en el Complejo 1 (NADH deshidrogenasa) y, por lo tanto, tiene un rendimiento de ATP menor que la vía completa. La expresión del gen de la oxidasa alternativa AOX está influenciada por estrés como el frío, las especies reactivas de oxígeno y la infección por patógenos, así como por otros factores que reducen el flujo de electrones a través de la vía del citocromo de la respiración. [ 7 ] [ 8 ] Aunque el beneficio conferido por esta actividad sigue siendo incierto, puede mejorar la capacidad de un organismo para resistir estos estrés al mantener el estado oxidado de los componentes de transporte de electrones aguas arriba, reduciendo así el nivel de estrés oxidativo inducido por los transportadores de electrones sobrerreducidos. [ 9 ]

Unusually, the bloodstream form of the protozoan parasite Trypanosoma brucei, which is the cause of sleeping sickness, depends entirely on the alternative oxidase pathway for cellular respiration through its electron transport chain.[10][11] This major metabolic difference between the parasite and its human host has made the T. brucei alternative oxidase an attractive target for drug design.[12][13] Of the known inhibitors of alternative oxidases, the antibiotic ascofuranone inhibits the T. brucei enzyme and cures infection in mice.[14][15]

In fungi, the ability of the alternative oxidase to bypass inhibition of parts of the electron transport chain can contribute to fungicide resistance. This is seen in the strobilurin fungicides that target complex III, such as azoxystrobin, picoxystrobin and fluoxastrobin.[16] However, because the alternative pathway generates less ATP, these fungicides are still effective in preventing spore germination, as this is an energy-intensive process.[17]

Structure and mechanism

The alternative oxidase is an integral monotopic membrane protein that is tightly bound to the inner mitochondrial membrane from matrix side[18] The enzyme has been predicted to contain a coupled diiron center on the basis of a conserved sequence motif consisting of the proposed iron ligands, four glutamate and two histidine amino acid residues.[19] The electron spin resonance study of Arabidopsis thaliana alternative oxidase AOX1a showed that the enzyme contains a hydroxo-bridged mixed-valent Fe(II)/Fe(III) binuclear iron center.[20] A catalytic cycle has been proposed that involves this di-iron center and at least one transient protein-derived free radical, which is probably formed on a tyrosine residue.[21]

Active Site of Alternative Oxidase. PBD: 3W54.

El sitio activo de la oxidasa alternativa se identificó mediante cristalografía de rayos X utilizando la oxidasa alternativa de tripanosomas. El sitio activo es hidrofóbico y se encuentra en el interior profundo de la proteína. Tyr220 está a menos de 4 Å del sitio activo y es fundamental para la actividad catalítica. His165, His269, Glu123, Glu162, Glu213, Glu266, Trp65, Trp247, Asp265, Asn161 y Tyr246 son residuos esenciales del sitio activo. Estos residuos interactúan con dos moléculas de Fe²⁺ y una molécula de OH⁻ . Una red de enlaces de hidrógeno estabiliza el sitio activo. [ 22 ]

Véase también

Referencias

  1. ^ McDonald A, Vanlerberghe G (2004). "Transporte de electrones mitocondrial ramificado en los animales: presencia de oxidasa alternativa en varios filos animales". IUBMB Life . 56 (6): 333– 41. doi : 10.1080/1521-6540400000876 . PMID  15370881 .
  2. ^ Sluse FE, Jarmuszkiewicz W (1998). "Oxidasa alternativa en la red respiratoria mitocondrial ramificada: una visión general sobre estructura, función, regulación y rol" . Braz. J. Med. Biol. Res . 31 (6): 733–47 . doi : 10.1590/S0100-879X1998000600003 . PMID 9698817 . 
  3. ^ McDonald AE, Amirsadeghi S, Vanlerberghe GC (2003). "Ortólogos procariotas de la oxidasa alternativa mitocondrial y la oxidasa terminal de plastidios". Plant Mol. Biol . 53 (6): 865– 76. Bibcode : 2003PMolB..53..865M . doi : 10.1023/B:PLAN.0000023669.79465.d2 . PMID 15082931. S2CID 41525108 .  
  4. ^ Atteia A, van Lis R, van Hellemond JJ, Tielens AG, Martin W, Henze K (2004). "Identificación de homólogos procariotas indica un origen endosimbiótico para las oxidasas alternativas de mitocondrias (AOX) y cloroplastos (PTOX)". Gene . 330 : 143–8 . doi : 10.1016/j.gene.2004.01.015 . PMID 15087133 . 
  5. ^ Moore AL, Siedow JN (1991). "La regulación y naturaleza de la oxidasa alternativa resistente al cianuro de las mitocondrias vegetales". Biochim. Biophys. Acta . 1059 (2): 121– 40. doi : 10.1016/S0005-2728(05)80197-5 . PMID 1883834 . 
  6. ^ Juszczuk IM, Rychter AM (2003). "Alternative oxidase in higher plants" (PDF) . Acta Biochim. Pol . 50 (4): 1257–71 . doi : 10.18388/abp.2003_3649 . PMID 14740012 . 
  7. ^ Vanlerberghe GC, McIntosh L (1997). "Alternative oxidase: From Gene to Function". Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology . 48 : 703–734 . doi : 10.1146/annurev.arplant.48.1.703 . PMID 15012279 . 
  8. ^ Ito Y, Saisho D, Nakazono M, Tsutsumi N, Hirai A (1997). "Los niveles de transcripción de los genes de oxidasa alternativa dispuestos en tándem en el arroz aumentan con las bajas temperaturas". Gene . 203 (2): 121– 9. doi : 10.1016/S0378-1119(97)00502-7 . PMID 9426242 . 
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  • Electron transport proteins
  • InterPro entry on alternative oxidases
  • alternative+oxidase at the U.S. National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)
  • Alternative respiration Root Research Introduction Virtual Course Seminar
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